Расчет гравийного огнепреградителя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 «Ростовский Государственный Строительный Университет»

 

 

Институт инженерно–экологических  систем

Кафедра: Безопасность технологических процессов

 

 

 

 

 

Дисциплина: «ПБ технологических процессов»

 

 

 

Практическая работа №1

«Расчет гравийного огнепреградителя»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Ст-т гр. ПБ-412

Грищук Дмитрий

Проверил: к.т.н, доц. каф.

Трушкова  Е.А.

 

 

 

 

 

 

 

г.Ростов-на-Дону

2013 г

 

 

Методика  расчета гравийного огнепреградителя

 

1. Составляют  уравнение сгорания в воздухе  1 моля горючего вещества и  определяют концентрацию компонентов  в исходной горючей смеси стехиометрического  состава:

 

 

 
f     и    ff

 

где fг- концентрация горючего  компонента в исходной смеси стехиометрического состава, об.доли; m1- количество молей i-го компонента в смеси; n- количество компонентов в смеси; fв- концентрация воздуха в смеси.

для горючих веществ, состоящих  из атомов углерода, водорода, кислорода, хлора, брома, йода и фтора, определяют стехиометрический коэффициент  при кислороде в уравнении  сгорания

 

b = + - ) /4 - /2

 

в этом случае  fг = 1/ (1+ 4,84b)

 

2. Определяют удельную  газовую постоянную исходной  смеси (см. табл. 3 приложения ), а также  ее удельную теплоемкость  и коэффициент теплопроводности l. По табл. 1 приложения находят нормальную скорость распространения пламени .

3. Определяют критический  диаметр каналов в слое гранул (гравия)

 

 

 ≤ l,

 

 

 

где R – удельная газовая постоянная исходной смеси, Дж/ (кг*К); - температура исходной смеси, ºС; l - коэффициент теплопроводности исходной смеси,

Вт/ (м*К); -  нормальная скорость распространения пламени, м/с; - удельная теплоемкость исходной смеси. Дж/ (кг*К); - давление исходной смеси, Па.

4. Определяют фактический  диаметр каналов в слое гранул d

 

d = ,

 

где - коэффициент безопасности (обычно принимают ≥2)

 

5. Определяют диаметр гранул (гравия)  насадки огнепреградителя

 

d*,м	1	2	2,5	3	3,6	4	5	6,3	10
*,м	2	3	4	5	6	7	8	9	15

 

6. Определяют плопность компонентов горючей смеси стехиометрического состава при рабочей температуре горючего вещества и воздуха из приложения.

 

7. Определяют плотность  исходной смеси при рабочей  температуре         по формулам. приведенным в табл.3 приложения.

 

8. Определяют вязкость  компонентов горючей смеси при  рабочей температуре горючего  вещества (газа, пара):

 

 

mm

 

где m и m- коэффициенты динамической вязкости газа (пара) соответственно при рабочей температуре и нулевой.

 

9. Определяют вязкость  двухкомпонентной горючей смеси  при рабочей температуре

 

 

mfmffmfmmm

 

где, «г»- горючая смесь, «в»- воздух; М- молекулярная масса компонентов; Мв- молекулярная масса воздуха = 28,96 кг/кмоль; При стехиометрической  концентрации горючего вещества в исходной горючей смеси менее 5% об. вязкость ,плотность и другие показатели горючей смеси можно принимать по воздуху.

 

10. По табл. 21 приложения  по диаметру гранул и их  материалу находят удельную поверхность S в м2/м³, и свободный объем гранул x.

 

11. дальнейшие расчеты  проводят с использованием метода  последовательный приближений, для  чего задаются значением фиктивной  скорости w,обычно принимают =0,2-1,5 м/с.

 

12. Определяют число Рейнольдса  для газового потока  в пористом  слое гранул

 

 

= wm

 

13. Определяют коэффициент  гидравлического сопротивления  слоя гранул l в гравийном огнепреградителе  в зависимости от значения числа Рейнольдса:

 

при ≤ 40     l= 140/

при ≥ 40     l= 16/

 

14. Определяют эквивалентный  диаметр огнегасящих каналов  в слое гранул 

 

= 4 x/S, м

 

15. Принимают высоту слоя  гранул в огнепреградителе Н:

 

 

Н= (40-50)* , м

 

16. Уточняют значения фиктивной  скорости горючей смеси в насадке  огнепреградителя

 

 

w= 1,41*x* l,

 

где -  потери напора в слое гранул, Па; потери напора не должны превышать 100-200 Па.

 

17. Определяют ошибку при  задании фиктивной скорости

 

bw= w¢ww   

 

 

Если ошибка не превышает 5%, считают значение w истинным и продолжают расчеты, начиная с п.17

Если bw 5%, то задаются новым значением фиктивной скорости:

 

при w>w¢                                  ww¢

при w<w¢                                  w  ≈ 1,1 w¢

 

и повторяют расчеты ,начиная  с п.12.

 

18. Определяют диаметр  корпуса огнепреградителя D как наибольшую  величину из следующих двух  значений

 

 

D= maxpw,

где Q- расход горючей смеси  в защищаемом трубопроводе, /с

 

19. Определяют действительную  скорость газовой смеси в огнепреградителе

 

w  = wx

 

20. Проверяют потери напора  в слое гранул огнепреградителя 

 

¢lw

21. Определяем ошибку при  вычислении потерь напора

 

22. Результаты  расчета параметров огнепреградителя (техническая характеристика)

-горючее вещество

-критический  диаметр каналов

-диаметр гранул

-высота слоя  гранул

-диаметр корпуса огнепреградителя

-сопротивление  слоя насадки

 

Пример: Подготовить техническое задание на разработку гравийного огнепреградителя, установленного на продувочной линии аппарата.

Исходные данные:

Горючее вещество	Аммиак NH3
Температура смеси	35ºС
Расход горючей смеси	200 м3/ч
Концентрация горючего вещества	22% об.
Давление в линии продувки	1*105Па

1. Определяем концентрацию горючей смеси

ff

f_в=1-f_г=1-0,22=0,78

2. Определяем удельную газовую постоянную, удельную теплоемкость и коэффициент теплопроводности. По прил.1 определяем нормальную скорость распространения пламени.

R= 8314,31/ (17,03*0,78+28,96*0,22) = 98,3*10³ Дж \( кг * К)

По таблице 10 прил.1  l_г=2,4*10² Вт/(м*К);  с_р.г. = 2,09*10³ Дж \( кг * К)

По таблице 15 прил.1l_в=2,76*10² Вт/(м*К);

U_н=0.39 м/с

3. Определяют критический диаметр каналов в слое гранул (гравия)

l=0,78*1,9*10^-2+(1-0,04)*2,55*10^-2=2,5*10^-2Вт/(м*К)

=0,78+1,667*10³+(1-0,04)*1,005=1,03*10³

 ≤ l,

4. Определяют фактический диаметр каналов в слое гранул d

d = δ_кр/К_б=3,3/2=1,65 м

5. Определяют диаметр гранул (гравия)  насадки огнепреградителя d_гр

d_гр=2,65*10³ м

6. Определяют плотность компонентов горючей смеси стехиометрического состава при рабочей температуре горючего вещества и воздуха из приложения

ρ_к=М/V_t=44,1/23,6=1,87кг/м³

V_t=V₀*((t_p+273)/273)=22.4*((15+273)/273))=23.6

7. Определяют плотность исходной смеси при рабочей температуре по формулам, приведенным в табл.3 приложения.

ρ_г=0,04*1,87+0,96*1,228=1,25кг/м³

8. Определяют вязкость компонентов горючей смеси при рабочей температуре горючего вещества (газа, пара):  

mm=7,9*10^-6 Па*с

m=17,92*10^-6 Па*с  (по таблице 15 приложения 1)

9. Определяют вязкость двухкомпонентной горючей смеси при рабочей температуре

mfmffmfmmm

10. По табл. 21 приложения по диаметру гранул и их материалу находят удельную поверхность S в м.кв/м в кубе, и свободный объем гранул ε.

ξ=0,5

S = 1150 м²/м³

 

11.   Дальнейшие расчеты проводят с использованием метода последовательный приближений, для чего задаются значением фиктивной скорости ω_ф, обычно принимают =0,2-1,5 м/с.

ω_ф=0,27 м/с

12. Определяют число Рейнольдса для газового потока  в пористом слое гранул

= wm

13. Определяют коэффициент гидравлического сопротивления слоя гранул l в гравийном огнепреградителе  в зависимости от значения числа Рейнольдса:

при ≤ 40     l= 140/

при ≥ 40     l= 16/

l=16/(70,7^0,2)=6,8

14. Определяют эквивалентный диаметр огнегасящих каналов в слое гранул

= 4 x/S=4*0,5/1150=0,0017м

15. Принимают высоту слоя гранул в огнепреградителе Н:

Н= (40-50)* =45*2,65*10^-3=119,2*10^-3м

16. Уточняют значения фиктивной скорости горючей смеси в насадке огнепреградителя

w^’= 1,41*x* lм/с

17. Определяют ошибку при задании фиктивной скорости  

bw= w¢ww =((0,28-0,27)/0,27)*100=3,7%

18. Определяют диаметр корпуса огнепреградителя D как наибольшую величину из следующих двух значений

D= maxpw

19. Определяют действительную скорость газовой смеси в огнепреградителе

w  = wx=0,27/0,5=0,54м/с

20. Проверяют потери напора в слое гранул огнепреградителя

¢lw=2,5*10²*70,11*0,018*1,25=4,38*10²

21. Определяем ошибку при вычислении потерь напора

=(1*10²-4,38*10²)/100*100=3 ,38%

22. Результаты расчета параметров огнепреградителя (техническая характеристика)

-горючее вещество -пропан

-критический  диаметр каналов-3,3 м

-диаметр гранул-2,65*10^-3

-высота слоя  гранул-119,2*10^-3

-диаметр корпуса  огнепреградителя-0,2;0,05